一种基于风机控制传感器的风速测量方法及其系统技术方案

本发明专利技术提供的一种基于风机控制传感器的风速测量方法及其系统，信号采集单元采集发电机转速、叶片桨距角、发电机功率和空气密度；根据发电机功率、发电机转速以及风机整机的传动链模型计算得到风轮扭矩；根据空气密度、风轮参数和风轮扭矩计算得到Cm‑λ扭矩曲线；根据叶片桨距角和风机整机的风轮气动特性得到Cm‑λ气动曲线；根据Cm‑λ扭矩曲线和Cm‑λ气动曲线的交点值，计算得到叶尖速比；根据发电机转速、叶尖速比、传动链的传动比、风轮半径计算得到作用在整个风轮的平均自由流风速，称代表风速。在不增加额外设备的基础上，解决准确测风的问题，实现零成本准确测风，可批量适用于现有机组。

A wind speed measurement method based on wind turbine control sensor and its system

The invention provides a method for measuring wind speed and wind turbine control system based on sensor, signal acquisition unit generator speed, blade pitch angle and generator power and air density; according to the transmission chain model of generator power, generator speed and wind turbine calculated wind wheel torque; according to the air density, wind turbine and wind parameters wheel torque is calculated by Cm lambda torque curve; the blade pitch angle and wind turbine wind turbine aerodynamic characteristics of Cm pneumatic lambda curve; according to the intersection of Cm and Cm torque curve lambda lambda aerodynamic curve and calculated tip2speed ratio; according to the transmission speed of the generator, tip speed ratio and transmission chain the wind wheel radius ratio, calculated in the wind wheel mean free flow speed, said on behalf of the wind. On the basis of no additional equipment, the problem of accurate wind measurement can be solved, and the zero cost accurate wind measurement can be realized, which can be applied to the existing units in batch.

【技术实现步骤摘要】
一种基于风机控制传感器的风速测量方法及其系统
本专利技术涉及风速测量
，具体涉及基于风机控制传感器的风速测量方法及其系统。
技术介绍
风力发电机组是将风能转化为电能的一种装置，通过风轮从风中获取能量，由传动链传递至发电机进行发电，通常大型风力发电机由发电机控制风轮扭矩、变桨系统控制叶片桨距角来维持风机在各种风况下稳定运行。风速对风机的影响至关重要，无论是载荷还是发电量都与其息息相关。在认证测试中首要保证的就是准确的风速测量，准确的风速可以用于功率曲线的考核、风机主导工况的识别、甚至用于提前控制以达到降低载荷的目等。但准确的风速测量一直是风电领域的难点，目前国内外有的几种测风手段为：一、通过机舱尾部的气象桅杆测量，因其受叶片尾流和机舱罩外形的影响，根本无法测得准确风速，因此该风速信号仅能用于风机的启停机等参考。二、机舱式激光雷达测量，其成本高昂，无法满足大规模的装机，多用于研发测试用途，而且在复杂地形下的测量结果偏差较大，受大气环境的影响。无法批量应用于现有机组。三、根据IEC61400-12-1标准用测风塔测量，该方法是被IEC标准唯一认可用于认证用途的测风方法，是风速测量的标杆，但其局限性太大，必须选择适合的测风点位，而且有严格的风向扇区的筛查，剩下可用的测风数据非常局限，同时成本高昂。因此按现有技术，无法批量应用于现有机组。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种基于风机控制传感器的风速测量方法及其系统，在不增加额外设备的基础上，解决准确测风的问题，实现零成本准确测风。本专利技术提供的一种基于风机控制传感器的风速测量方法，包括以下步骤：S1、采集机组的发电机功率和发电机转速，结合风机传动链模型，获取风轮扭矩；S2、采集空气密度，并结合风轮参数和风轮扭矩，获取Cm-λ扭矩曲线；S3、根据叶片桨距角和风轮气动特性，得到Cm-λ气动曲线；S4、获取扭矩曲线和气动曲线的交点，得到实际叶尖速比；S5、结合发电机转速、传动比、风轮半径和叶尖速比，得到自由流风速。进一步的，S1中所述风机传动链模型为两质量块模型，所述两质量块用于分别表示传动链的低速轴与高速轴，所述低速轴和高速轴进行连接，所述风机传动链模型用低速轴和高速轴之间的运动方程进行表示。进一步的，S1中所述传动链为刚性。进一步的，S2中采集的风轮参数为风轮扫略面积。一种基于风机控制传感器的风速测量系统，包括信号采集单元、风轮扭矩计算单元、Cm-λ扭矩曲线获取单元、Cm-λ气动曲线获取单元、风机整机、叶尖速比计算单元和风速计算单元；信号采集单元用于采集发电机转速、叶片桨距角、发电机功率和空气密度；风轮扭矩计算单元用于根据发电机功率、发电机转速以及风机整机的传动链模型计算得到风轮扭矩；Cm-λ扭矩曲线获取单元用于根据空气密度和风轮扭矩计算得到Cm-λ扭矩曲线；Cm-λ气动曲线获取单元用于根据叶片桨距角和风机整机的风轮气动特性得到Cm-λ气动曲线；叶尖速比计算单元用于根据Cm-λ扭矩曲线和Cm-λ气动曲线的交点值，计算得到叶尖速比；风速计算单元用于根据发电机转速、叶尖速比、传动链的传动比、风轮半径计算得到作用在整个风轮的平均自由流风速。进一步的，平均自由流风速代表风速。进一步的，还包括存储单元和显示单元，存储单元用于存储计算过程中的值，所述显示单元用于显示计算结果。由上述技术方案可知，本专利技术的有益效果：本专利技术提供一种基于风机控制传感器的风速测量方法及其系统，信号采集单元采集发电机转速、叶片桨距角、发电机功率和空气密度；根据发电机功率、发电机转速以及风机整机的传动链模型计算得到风轮扭矩；根据空气密度和风轮扭矩计算得到Cm-λ扭矩曲线；根据叶片桨距角和风机整机的风轮气动特性得到Cm-λ气动曲线；根据Cm-λ扭矩曲线和Cm-λ气动曲线的交点值，计算得到叶尖速比；根据发电机转速、叶尖速比、传动链的传动比、风轮半径计算计算得到作用在整个风轮的平均自由流风速，称代表风速。在不增加额外设备的基础上，解决准确测风的问题，实现零成本准确测风，可批量适用于现有机组。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。图1为本专利技术一种基于风机控制传感器的风速测量方法的流程示意图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域技术人员所理解的通常意义。请参阅图1，本实施例提供的一种基于风机控制传感器的风速测量系统，包括信号采集单元、风轮扭矩计算单元、Cm-λ扭矩曲线获取单元、Cm-λ气动曲线获取单元、风机整机、叶尖速比计算单元和风速计算单元；信号采集单元采集发电机转速、叶片桨距角、发电机功率和空气密度；风轮扭矩计算单元根据发电机功率、发电机转速以及风机整机的传动链模型计算得到风轮扭矩；Cm-λ扭矩曲线获取单元根据空气密度和风轮扭矩计算得到Cm-λ扭矩曲线；Cm-λ气动曲线获取单元根据叶片桨距角和风机整机的风轮气动特性得到Cm-λ气动曲线；叶尖速比计算单元根据Cm-λ扭矩曲线和Cm-λ气动曲线的交点值，计算得到叶尖速比；风速计算单元根据发电机转速、叶尖速比、传动链的传动比、风轮半径计算得到作用在整个风轮的平均自由流风速，称代表风速。还包括存储单元和显示单元，存储单元用于存储计算过程中的值，显示单元用于显示计算结果。一种基于风机控制传感器的风速测量的具体步骤为：第一步、采集机组的发电机功率和发电机转速，结合风机传动链模型，获取风轮扭矩；风机传动链模型简化为两质量块模型，两质量块用于分别表示传动链的低速轴与高速轴，低速轴和高速轴中间采用弹簧、阻尼进行连接，风机传动链模型用低速轴和高速轴之间的运动方程进行表示为：其中，ωt,ωr分别为风轮转速和发电机转速；Pm,Pe分别为风轮气动功率和发电机功率；Ttg是模型中的内扭矩；Ht,Hg分别是低速轴、高速轴转动惯量；Dt,Dg分别是低速轴、高速轴的阻尼；Dtg,Ktg分别为柔性连接的阻尼和刚度。由于实际的传动链刚度阻尼参数与理论相比有较大的差异，而多数情况传动链动态特性对结果的影响较小可忽略不计，则可假设传动链为刚性。风轮扭矩为：其中：Tb＝fbloss(Tou)(5)其中，Pg为发电机输出功率,ωg发电机转速,ωr风轮转速,IHSS低速轴端转动惯量,ILSS高速轴端转动惯量,I为齿轮箱传动比,fgloss为发电机损耗函数,fbloss为齿轮箱损耗函数,Tg为发电机电磁扭矩,Tou为齿轮箱输出端扭矩,Tb为齿轮箱输入端扭矩,Tr为风轮扭矩。第二步、采集空气密度，并结合风轮参数和风轮扭矩，获取Cm-λ扭矩曲线，采集的风轮参数为风轮扫略面积；风轮的气动参数可以表示为Cm-λ-β的曲线，Cm为风轮的气动扭矩，β为桨距角，λ为叶尖速比，由下式表示公式8中，ωr为风轮转速，R为风轮半径，V为自由流风速(未受风轮扰动的风速)。叶片的气动参数在叶片设计完成后就已经确定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于风机控制传感器的风速测量方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、采集机组的发电机功率和发电机转速，结合风机传动链模型，获取风轮扭矩；S2、采集空气密度，并结合风轮参数和风轮扭矩，获取Cm‑λ扭矩曲线；S3、根据叶片桨距角和风轮气动特性，得到Cm‑λ气动曲线；S4、获取扭矩曲线和气动曲线的交点，得到实际叶尖速比；S5、结合发电机转速、传动比、风轮半径和叶尖速比，得到自由流风速。

【技术特征摘要】
1.一种基于风机控制传感器的风速测量方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、采集机组的发电机功率和发电机转速，结合风机传动链模型，获取风轮扭矩；S2、采集空气密度，并结合风轮参数和风轮扭矩，获取Cm-λ扭矩曲线；S3、根据叶片桨距角和风轮气动特性，得到Cm-λ气动曲线；S4、获取扭矩曲线和气动曲线的交点，得到实际叶尖速比；S5、结合发电机转速、传动比、风轮半径和叶尖速比，得到自由流风速。2.根据权利要求1所述的一种基于风机控制传感器的风速测量方法，其特征在于：S1中所述风机传动链模型为两质量块模型，所述两质量块用于分别表示传动链的低速轴与高速轴，所述低速轴和高速轴进行连接，所述风机传动链模型用低速轴和高速轴之间的运动方程进行表示。3.根据权利要求2所述的一种基于风机控制传感器的风速测量方法，其特征在于：S1中所述传动链为刚性。4.根据权利要求3所述的一种基于风机控制传感器的风速测量方法，其特征在于：S2中采集的风轮参数为风轮扫略面积。5.一种基于风机控制传感器的风速测量系统，其特征在于：包括信号采集单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：文茂诗，韩花丽，杨妍妮，罗伟，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团海装风电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50